JORNADA DE SUSTENTABILIDADE NA SUINOCULTURA

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1 JORNADA DE SUSTENTABILIDADE NA SUINOCULTURA O Contributo da Digestão Anaeróbia para o Aumento da Competitividade do Setor Agropecuário 29 de Setembro, 2016 Auditório do ENS-UFSC, Florianópolis

2 Índice Geral Introdução Nota histórica Cadeia de valor da Suinocultura Economia Circular Iniciativas na UE Tratamento de efluentes Digestão e Co-digestão Anaeróbia Painéis Evaporativos Bioconversão por Insetos

3 Nota histórica Há 30 anos já se estabeleciam sinergias entre: Compostagem Digestão Anaeróbia Fertilização

4 Breve síntese das atividades desenvolvidas Produção de Biogás a partir de resíduos orgânicos Biometanização à escala real Valorização de lamas como fertilizante Há 30 anos! Integração de tecnologias de bioconversão Biogás, Bioetanol e Biodiesel 2004 Projeto BATFARM Projeto AGRO CODIGANDES ( ); Protocolo ADISA/IA: Análise de Metodologias de Determinação de Emissões de Poluentes EPER Projecto LIFE Aproveitamento dos Factores Climáticos no Tratamento de Efluentes Suinícolas Painéis de Evaporação Caracterização e Aproveitamento de Resíduos Orgânicos Poluentes ID/70/87 Implementação de dois Reactores Anaeróbios à escala real. Projeto -MEDSPA-89-1/B/160/P/D

5 Projecto LIFE Aproveitamento dos Factores Climáticos no Tratamento de Efluentes Suinícolas Painéis de Evaporação Projecto CODIGANDES - Valorização Descentralizada de Chorumes Suinícolas por Co-Digestão Anaeróbia Projecto BATFARM Avaliação das MTD para reduzir as Emissões para o Ar e Água nas Explorações Pecuárias

6 Que futuro? Novas iniciativas! Grupos Operacionais Projetos H Projetos FCT Estabelecimento de Redes de Transferência de Conhecimento

7 Iniciativas para a Agropecuária na UE GoEfluents Efluentes de Pecuária: abordagem estratégica à valorização agronómica/energética dos fluxos gerados na atividade agropecuária Abordagem integrada, dos sistemas intensivos de produção animal; Visa a redução e valorização dos fluxos gerados na atividade agropecuária; Valorização/Implementação nas unidades de produção animal/agrícola e florestal. ProEnergy Novos produtos alimentares e bioenergia a partir de frutos de baixo valor comercial e resíduos agroindustriais Promover a mudança de uma visão tradicional da gestão de resíduos orgânicos, para uma abordagem que tenha em consideração o Nexus resíduos-energia-alimentos ; Contributo para a sustentabilidade da agroindústria; Integração de uma economia hipocarbónica. LACTIES Melhoria da eficiência energética dos processos de fabrico Inserção da sustentabilidade das PME no setor Lacticínios Inovação, Eco-Eficiência e Segurança em PME do Setor dos Lacticínios

8 Densidade Pecuária na UE Holanda e Bélgica > 3 CN/ha SAU 1 CN = 500 Kg Portugal 0,6 CN/ha SAU

9 Cadeia de valor da Suinocultura Emissões gasosas Culturas Ração Água Energia Matadouro Processamento Chorume Carcaças Gorduras Efluentes ricos em N Água Energia Embalagem Tratamento de efluentes Valorização Energética Painéis de evaporação Digestão Anaeróbia Biometano Digerido Consumidor final Lagunagem Insectos Valorização Agronómica

10 Economia Linear vs Economia Circular Mudança de Paradigma para Explorações Eco- Eficientes e Sustentáveis!

11 Qual a importância da economia circular? Esquema do conceito de economia circular De que forma podem as explorações integrar este conceito?

12 Onde intervir? Alteração do atual Paradigma, encarando as Explorações Pecuárias como cadeias de valor que geram bioresíduos com valor agronómico e energético, estabelecendo sinergias com a atividade agrícola.

13 Exploração Agro-Pecuária Eco-Eficiente Redução de GEE Redução de odores; Exportação e reciclagem de nutrientes; Redução de fito-fármacos Independência energética Soluções Ambientais Aumento da competitividade Exploração Agro-Pecuária e as Biorefinarias Energia renovável; Estrumes e chorumes Emissões controladas Taxas de produção de resíduos cumpridas Energias Renováveis Biogás Biometano Digeridos Energia Térmica Energia Elétrica Desenvolvimento rural Gestão Integrada de bioresíduos de explorações agro-pecuárias implementadas de acordo com a especificidade regional

14 14 Pecuária em Portugal Atualmente Pecuária maioritariamente intensiva Elevado nível de industrialização Sem integração entre a produção e indústria Futuro? Segmentação do setor suinícola Regimes de produção extensivos Necessidade de visão integradora Desafios Cumprir as regulamentações Minimizar impactes ambientais Não comprometer a competitividade dos mercados

15 Digestão Anaeróbia no ISA

16 Esquema das unidades de digestão anaeróbia(ulda) 1- Tanque da mistura de alimentação; 2 Digestor Anaeróbio de mistura completa; 3 Tanque de recolha do diferido; 4 Recolha do biogás; 5- Bomba de alimentação; 6 Contador de biogás; 7 Analisador da qualidade do biogás; 8 Queimador de biogás

17 Estruturas de Apoio à Tecnologia Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) I 12L Mistura completa Automatizados Unidade laboratorial de digestão anaeróbia (ULDA) II 4L Regime de Mesofílico (35 a 37ºC) Com mantas térmicas

18 Unidade Piloto-Móvel Processo de co-digestão descentralizada usando uma unidade piloto móvel implementada numa exploração suinícola

19 Conteúdo Bioenergético de substratos e cosubstratos Adaptação de modelo aplicado para lamas de ETAR de acordo com: Pinto, N.; Carvalho, A.; Pacheco, J.; Duarte, E. (2016) Study of different ratios of primary and waste activated sludges to enhance the methane yield. Water and Environment Journal. doi: /wej E1 = Cálculo da energia adaptando o modelo desenvolvido por Cano et al., com os valores das concentrações de sólidos totais (ST) e na eficiência de remoção da carência química de oxigénio (CQO) obtida nos diferentes ensaios experimentais desenvolvidos; E2= Cálculo da energia através do metano produzido em cada ensaio experimental e o poder calorífico inferior (PCI) de 11,00 kwh m 3 Tendo uma previsão do conteúdo energético dos co substratos, estimada a partir da sua composição física química, é possível optimizar as combinações entre substratos e co- substratos!

20 Características Médias de alguns Substratos e Co-Substratos Chorume de porco (ciclo fechado) Lamas mistas de ETAR CQO Bruto CQO Solúve r CQO (g/l) l (g/l) (%) ph CE (ms/cm) ST g/l SVT (g/l) R (%) svt/st Nk (g/l) N - NH4+ (g/l) PT (g/l) C/ N Referências 16,40 8, ,77 12,72 14,72 10, ,78 1,04 0,34 3 Ferreira et al ,85 1,48 4 5,79 12,78 26,77 19, ,46 0,33 0,32 9 Pinto et al Chorume de Vaca 40,70 15, ,10 11,30 33,70 24, ,20 0,80 12 Dias et al Resíduos de 20,64 8, ,49 3,85 10,19 9, ,32 0,29 0,28 16 Em desenvolvimento escarola* Resíduos de 58,50 37, ,11 15,61 48,35 29, ,66 n.a. 0,34 26 Em desenvolvimento café* Culturas 10,4 bioenergéticas 20,01 19, ,65 17,75 16, ,23 0,21 0,25 41 Carvalho et al * Resíduos de cenoura* Resíduos de laranja* Resíduos de pêra Resíduos de frutas Óleo de sardinha 14, ,56 3,62 19,97 15, ,17 0,06 0,15 54 Em desenvolvimento 63,53 35, ,15 1,11 48,87 44, ,38 0,03 0,06 69 Carvalho et al.(submitted) 104,72 98, ,56 3,01 50,40 45, ,16 0,02 0, Dias et al ,96 166, ,49 2,81 157,58 154, ,46 0,11 0, Ferreira et al , n.a. n.a. 876, , ,63 n.a. n.a. 765 Ferreira et al *Pré-tratamentos: tratamentos mecânicos, hidrólises térmicas ou hidrólises térmico-químicas

21 Potencial Bioenergético de Substratos e Co-Substratos Como interpretar? Ter um dos substratos como base (matriz-base) Tentar conjugar os diferentes parâmetros para perceber que fragilidades quero colmatar e que co-substratos devo selecionar para aumentar a produção específica de metano Ex: Se for utilizar o chorume de porco (CP) Pontos fortes ph neutro Capacidade tampão Pontos fracos Baixa [SVT] Baixa C/N Baixo conteúdo energético (E) Como escolher o cosubstrato? > [SVT] > C/N > E

22 Conteúdo Bioenergético Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (Gama Baixa de Teor de ST) CQO = 16,4 kg/m 3 ST = 14,7 kg/m 3 SVT/ST = 69% SVT = 10,1kg/m 3 CQO/SVT = 1,62 η=cqorem/cqo = 59% CQO rem = 9,7 kg /m 3 Produção diária de metano = 1,53 Nm 3 /dia E1 = 33,98 kwh/m 3 E2 = 16,83 kwh/m 3

23 Conteúdo Bioenergético Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (Gama Média/Alta de Teor de ST) CQO = 26,2 kg/m 3 ST = 25,8 kg/m 3 SVT/ST = 73% SVT = 18,8 kg/m 3 CQO/SVT = 1,39 η=cqorem/cqo = 61% CQO rem = 15,9kg /m 3 Produção diária de metano = 1,95 Nm 3 /dia E1 = 56,11 kwh/m 3 E2 = 21,45 kwh/m 3

24 Conteúdo Bioenergético Co-Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (CP) com Licor de Escarola: Escarola (70:30, v/v) CQO = 13,92 kg/m 3 η CQO = 78% ST = 12,17 kg/m 3 CQOrem = 10,97 kg/m 3 SVT = 8,82 kg/m 3 Produção diária de metano = 2,73 m 3 /dia E2 = 38,30 kwh/m 3 E3 = 30,03 kwh/m 3

25 Conteúdo Bioenergético Co-Digestão Anaeróbia de Chorume de Porco (CP) com Borras de Café (LB) (70:30, v/v) CQO = 47,78 kg/m 3 η CQO = 59% ST = 36,00 kg/m 3 CQOrem = 28,06 kg/m 3 SVT = 32,49 kg/m 3 Produção diária de metano = 5,07 m 3 /dia E2 = 111,45 kwh/m 3 E3 = 55,77 kwh/m 3

26 Ensaios de Digestão Anaeróbia (AD) Lamas Mistas de ETAR Chorume de Porco Chorume de Bovinos de leite C/N = 6 Biogás = 2,23 m 3 dia -1 Produção diária de Metano = 1,35 m 3 dia -1 E2 = 14,85 kwh m -3 C/N = 5 Biogás = 2,74 m 3 dia -1 Produção diária de Metano= 1,64 m 3 dia - 1 E2 = 18,04 kwh m -3 C/N = 12 Biogás = 2,41 m 3 dia -1 Produção diária de Metano = 1,54 m 3 dia -1 E = 16,94 kwh m -3

27 cynara cardunculus Culturas Bioenergéticas pennisetum purpureum Duckweed Unidade de Produção de Biogás Restos de sopa de cantina Óleo de sardinha Frutas não-conformes Resíduos de frutas e vegetais Biogás

28 Ensaios de Co-Digestão C/N Biogás = 3,88 m 3 dia -1 Metano = 2,33 m 3 dia -1 E = 25,63 kwh m -3 Lamas Mistas de ETAR C/N Biogás = 3,72 m 3 dia -1 Metano = 2,52 m 3 dia -1 E = 27,72 kwh m -3 C/N Biogás = 6,24 m 3 dia -1 Metano = 3,96 m 3 dia -1 E = 43,56 kwh m -3 Sopa de Cantina Licor de Capim Elefante Licor de Cascas de Laranja > 74% > 67% > 180%

29 Ensaios de Co-Digestão Ensaio feito à escala-piloto 70:30 (v/v) 70:30 (v/v) Chorume de Porco (CP) 70:30 (v/v) 70:30 (v/v) 95:5 (v/v) C/N Ensaio feito à escala-piloto Maçãs não-conformes Lemna Minor Escarola nãoconforme Cascas de Cenoura Óleo de sardinha Biogás = 11,76 m 3 dia -1 Metano = 6,82 m 3 dia -1 E = 75,02 kwh m -3 Biogás = 3,02 m 3 dia -1 Metano =1,66 m 3 dia -1 E = 18,26 kwh m -3 Biogás = 4,08 m 3 dia -1 Metano =2,73 m 3 dia -1 E = 30,03 kwh m -3 Biogás = 3,95 m 3 dia -1 Metano =2,65 m 3 dia -1 E = 29,15 kwh m -3 Biogás = 3691 m 3 dia -1 Metano =2571 m 3 dia -1 E = kwh m -3 > 330% > 23% > 49% > 62% > 272%

30 A decorrer Valorização energética de insolúveis de cereais e café através da co-digestão anaeróbia com chorume de porco Aumento do nível de autossuficiência de uma ETAR com a implementação de codigestão anaeróbia e de um sistema solar fotovoltaico em regime de autoconsumo Ensaio de co-digestão utilizando três bioresíduos: lamas mistas de ETAR, extratado de borra de café e extratado de cascas de cenoura

31 Ensaios de co-digestão utilizando lamas de ETAR como substrato base e licor de cascas de cenoura e licor de borras como co-substratos Lama de ETAR Co-digestão anaeróbia Licor de cenoura Licor de borras de café

32 Integração de um sistema de tratamento por Co-Digestão Anaeróbia numa Suinicultura Chorume recolhido em fossas Valorização Agronómica Tanque de recolha e separação sólido-líquido Fração Líquida Mistura com lemna minor Efluente depurado para descarga em meio recetor natural Co-Digestão Anaeróbia Crescimento de lemna minor Lagoas de estabilização Biogás Biometano

33 Aproveitamento dos factores climáticos no tratamento de efluentes suinícolas Painéis de evaporação

34 Tratamento de Efluentes Fenómeno Evaporativo Fenómeno evaporativo tratamento de efluentes gerados nas adegas, queijarias, lagares de azeite, pecuárias e lixiviados de aterros, especialmente para as unidades produtivas designadas sem terra, onde as condições climáticas, tais como a temperatura do ar, humidade relativa e velocidade do vento, possam optimizar a evaporação natural. Princípios de funcionamento dos painéis de evaporação natural: Criar o máximo de superfície de exposição ao ar ocupando a menor área de terreno possível Esta área de exposição ao ar é conseguida através de uma estrutura alveolar dupla, construída com um material cuja superfície específica é de 200 m 2 /m 3 de material No meio do painel, a cerca de 2/3 da sua altura, a partir da base, um tubo de aço galvanizado atravessa o painel. Este tubo transporta a fracção líquida do efluente que vai ser aspergida através de 2 aspersores, colocados perpendicularmente ao painel, de modo a molhá-lo completamente

35 Painéis evaporativos Solução para explorações com pouca área útil Reduzidas emissões gasosas Função das condições meteorológicas

36 Para o dimensionamento de uma instalação onde se pretende implementar a tecnologia de evaporação natural quatro fatores são essenciais: O tipo de efluente a tratar; A redução de volume que se pretende alcançar; O volume de efluente a evaporar; Dados meteorológicos do local. Lay out do sistema de tratamento por evaporação natural

37 Os desempenhos do fenómeno evaporativo de um núcleo de painéis podem variar significativamente em cada unidade produtiva, resultante dos procedimentos utilizados e das práticas de lavagem implementadas. Diagnóstico: às características quantitativas e qualitativas do efluente a tratar; dados meteorológicos do local onde se pretende instalar os módulos de evaporação (diários, mensais, anuais).

38 Novas Abordagens

39 A utilização de larvas de Mosca Soldado Negro (BSF) na bioconversão de resíduos não é comum em Portugal mas encontra-se em expansão na Europa. Será uma solução de futuro ao melhorar a eficiência e Sustentabilidade do setor agro-pecuário. Estas larvas convertem resíduos agropecuários num curto espaço de tempo, com redução das emissões de gases e da humidade, tornando-os mais adequados à utilização direta nos solos como fertilizantes ou corretivos. Num modelo de economia circular, no sistema de fluxos gerados, os efluentes/estrumes serão reintroduzidos no ciclo do carbono como um recurso valorizado. Mosca Soldado Negro As larvas de mosca soldado negra (Hermetia illucens)podem ser encontradas em locais onde há matéria orgânica em decomposição. São ótimos agentes decompositores que contribuem significativamente para a reciclagem de compostos orgânicos na natureza. São insetos que não transmitem doenças, não picam e não possuem ferrão, e em fase adulta não têm boca e consequentemente não se alimentam. Estas larvas são uma fonte nutricional valiosa, rica em proteína e gordura, tendo cerca de 42% e 52% de proteína bruta na matéria seca, bem como um elevado teor em aminoácidos.

40 40 Estratégias futuras Dimensão Estratégica Programas Temáticos Futuro em Portugal Alterações no sector? Objectivos Incentivos Novos financiamentos? Ações Preocupações ambientais?

41 41 Hoje Dinamização de um fórum de reflexão.